Mo-Si-B三元硅化物高溫抗氧化性能研究.pdf

1、Mo-Si-B合金由于具有高熔點(diǎn)(熔點(diǎn)通常高于2000℃)、優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、良好的高溫抗蠕變性能和抗氧化性能而成為有吸引力的高溫結(jié)構(gòu)材料。本文選取Mo-Mo5SiB2-Mo3Si三相合金與Mo5SiB2基合金作為研究對(duì)象。采用電弧熔煉與定向凝固制備工藝，真空退火熱處理以及激光重熔表面處理來(lái)控制同一成分的Mo-Mo5SiB2-Mo3Si合金的顯微組織，系統(tǒng)考察了通過(guò)不同方式得到的顯微組織對(duì)合金高溫抗氧化性的影響，提出了改進(jìn)該合金材料抗氧化

2、性能的工藝方案。采用電弧熔煉后進(jìn)行真空退火制備了Mo5SiB2基合金，研究了合金成分的微量變化對(duì)Mo5SiB2基合金顯微組織、高溫抗氧化性的影響。 定向凝固Mo-10Si-14B合金組織由非常粗大的Mo、Mo5SiB2和Mo3Si三相組成。隨著定向凝固生長(zhǎng)速度的增加，合金的顯微組織變細(xì)。生長(zhǎng)速度為10mm/h與30mm/h的合金組織中Mo相的平均尺寸分別為18.88μm與11.85μm。定向凝固Mo-Mo5SiB2-Mo3Si合

3、金觀察到了快速的氧化行為，在所有的氧化溫度均顯示了最初快速的質(zhì)量減少，接著變化趨勢(shì)減緩。與生長(zhǎng)速度為30mm/h的合金相比，生長(zhǎng)速度為10mm/h的合金在所有氧化溫度下氧化更嚴(yán)重。在氧化最初階段，在Mo-Mo5SiB2-Mo3Si合金中Mo相被優(yōu)先氧化侵蝕。兩種生長(zhǎng)速度的試樣形成的氧化膜都極不規(guī)則，即使氧化100小時(shí)后也未能形成較平直的氧化膜。定向凝固合金具有很差的抗氧化性是因?yàn)榇执蟮腗o粒子氧化成MoO3，在MoO3揮發(fā)之后，大的孔洞

4、留在氧化膜中，這些孔洞太大不能在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)B-SiO2的流動(dòng)來(lái)填充，因此連續(xù)的、致密的、保護(hù)性的SiO2膜很難在顯微組織粗大的定向凝固合金上形成。 激光重熔極大地細(xì)化了退火態(tài)Mo-Mo5SiB2-Mo3Si合金的顯微組織。退火態(tài)與激光重熔態(tài)合金的Mo相的平均尺寸分別為4.62μm與1.00μm。與定向凝固態(tài)和退火態(tài)合金相比，激光重熔態(tài)合金在所有氧化溫度下均顯示出最好的抗氧化性，其原因是在氧化過(guò)程中，Si在細(xì)晶合金中沿晶界擴(kuò)散將

5、加速，顯微組織均勻細(xì)小的激光重熔態(tài)Mo-Mo5SiB2-Mo3Si合金在氧化的早期階段更容易形成保護(hù)性B-SiO2氧化膜。激光重熔態(tài)合金在1200℃氧化10分鐘后即形成了均勻連續(xù)的氧化膜；而退火態(tài)合金氧化100小時(shí)后才形成相對(duì)致密連續(xù)的氧化膜。因此激光重熔可作為提高該合金抗氧化性能的一種工藝手段。 電弧熔煉Mo-12.5Si-25B合金的顯微組織由Mo5SiB2基體中分布著Mo-Mo5SiB2-Mo3Si三相共晶所組成。氧化動(dòng)力

6、學(xué)數(shù)據(jù)同樣顯示了氧化初期質(zhì)量快速減少，隨后減重速度明顯降低。氧化初期形成了不連續(xù)不規(guī)則的SiO2氧化膜，逐漸形成連續(xù)、多孔的氧化膜，氧化膜的基體由非晶態(tài)與晶態(tài)混合體向非晶態(tài)SiO2轉(zhuǎn)變。氧化后期，形成了連續(xù)的致密的氧化膜。電弧熔煉Mo-12.5Si-25B合金氧化過(guò)程中由三相共晶組成的區(qū)域是優(yōu)先氧化侵蝕的位置，優(yōu)先氧化的產(chǎn)物是SiO2與Mo-Si-O三元氧化物。穩(wěn)定的氧化膜形成之后，在Mo-Mo5SiB2-MO3Si共晶中MO3Si被優(yōu)

7、先氧化侵蝕。 退火態(tài)Mo-12.5Si-25B合金的顯微組織同樣由Mo-Mo5SiB2-Mo3Si三相共晶分布在Mo5SiB2基體中所構(gòu)成，Mo5SiB2基體中還彌散分布著大量尺寸為1μm左右的Mo粒子。退火態(tài)Mo-14Si-28B合金的顯微組織由Mo5SiB2基體分布著Mo5Si3和MoB相組成。由于具有更高的B、Si含量，以及Mo5Si3與MoB相的存在，致密連續(xù)的B-SiO2層在氧化的早期階段更容易在Mo-14Si-28B